物联网在铁路运输中的应用

1物联网在铁路运输中的应用郑继伟，周伟智，钟源，赵延（计算机研究生六班）摘要：物联网技术的发展势必会给中国铁路运输领域带来深刻变化和深远的影响。本文主要阐述和分析了物联网最关键的技术——RFID射频识别技术，以及它的工作原理，并且通过结合物联网在铁路运输行业领域中的早期的应用实例，提出了物联网在我国铁路运输领域的发展方向和推广方案。期望在未来的铁路运输领域信息化中，物联网技术能够得到更广泛，更深入的应用。关键词：物联网，铁路信息化，RFID射频识别，车号自动识别系统TheApplicationofIOTinRailway-TransportationZHENGji-wei,ZHOUwei-zhi,ZHONGyuan,ZHAOyan(GraduateClass6)Abstract:ThedevelopmentofInternetofthingstechnologywillbringaboutprofoundchangesandfar-reachingeffectsinthefieldofrailwaytransportation.ThispapermainlydescribesandanalyzesthekeytechnologyofTheInternetofthings–RFID,anditsworkingprinciple,andputforwardthedevelopmentdirectionandsomepromotionschemesintheareaofrailwaytransportationfromsomeearlyapplications.WelookforwardTheInternetofthingstobemoreextensiveanddeeperapplicationintheinformatizationconstructionofrailwaytransportation.Keyword:TheInternetofthings,RailwayInfomationization,RFID,ATIS1.引言纵观铁路发展历史，从1825年铁路在英国诞生以后，铁路经历了从大发展到被冷落的过程。但现如今，铁路又成为全球发展的热点。在全球铁路的飞速发展中，我们中国的表现令世界惊叹。近几年来，中国铁路系统的发展更是有着相2当大的增长后发优势，中国有机会建设世界最领先的铁路系统。统计资料显示，截至2010年底，全国铁路营业里程达到9.10万公里，居世界第二。其中，高铁投入运营里程达8358公里，高速铁路运营里程高居世界第一。回顾铁路的发展，我们可以发现中国铁路在全球化的进程中走向世界也成为必然趋势。我国铁路正在朝着高速铁路、客运专线方向发展。未来5至10年，我国快速铁路和高速铁路将会有很大的发展。目前大力推进实现信息化是推动铁路和高速铁路发展的迫切和必然要的需求。在不同的发展时期，铁路信息化的目标是不同的，而未来的几年中，基于RFID射频技术的物联网在铁路运输当中的应用将会是21世界铁路现代化的最重要任务。2.研究背景和现状铁路运输信息化建设的目标就是将信息技术应用于现代铁路的运输生产、管理和营销，从而提高生产效率，减轻劳动强度，保障运营安全。由于传统铁路信息管理系统的不足，随着铁路系统的多次提速，客户对于信息量的需求以及信息的实时性有了更高的要求，而且伴随着RFID射频技术以及传感网络技术的不断进步，基于这些技术从而实现物联网在高速铁路运输上的全面应用也变为可能。铁道部已经成功实施了一个信息系统——车号自动识别系统，其中采用了RFID技术，通过把RFID技感应安装到铁路、桥梁及一些关键的设施利用物联网使现有的信息网整合起来实现对于铁路的设备、基础设施全面的管理，实现铁路客运管理的智能化推进信息组织建设。还有红外线列车轴温检测系统，通过在铁路沿线区间设置的红外线轴温探测设备，将热轴故障及时通过传输回线将信息传输到控制系统中心，有效地跟踪检测轴温变化，及时发现热轴故障。这些都是目前国内铁路运输上的物联网应用。当然，随着3G建设和其在铁路覆盖的完善，为公网运营商进入铁路物联网世界提供了网络和铁路应用服务的基础。3.物联网与铁路运输的关系铁道部信息技术中心拥有强大的初级物联网信息资源。信息技术中心拥有充沛的网站资源，能提供丰富的业务接口；拥有以6E（电子货票、电子运单、电子查询、电子保价、电子理赔、电子支付）为核心的信息管理手段；拥有LAIS3系统、5T系统、红外线实时货车、货运追踪信息等独有的IT产业，为货物的实时追踪提供支持；拥有全国统一IT网络，虚拟网与实体网统一，可以建设统一数字通讯网，为现代物流提供远程支持；拥有铺设世界一流传感网的能力与手段；拥有为各中小企业或各企直通提供私有云计算平台和建设虚拟信息中心的能力；拥有与网络厂商和媒体的合作优势，与阿里巴巴、经济网、人民铁道网有很密切的合作关系；拥有建设新型HomeOffice系统的能力，铁路运输本身即含绿色、环保、低碳、创新、可持续发展的意义。物联网在铁路物流很多方面都起到重要作用。首先，能显著提高仓储与包装整理的安全效率。通过计算机和无线射频识别技术管理，实现了信息的实时化，一般统计，可减少存储量17%，提高工作人员效率32%。库存货物堆码实行分层叠加，提高仓库利用率2至3倍，并实现了库存货物的实时管理，大大提高了仓库周转率。其次，货物的装卸搬运焕然一新。无线射频识别技术好像是为物流业量身定做的：原先商品的存货量统计缺乏准确性，填写的货物订单往往不规范，不能及时清点货物，不知道货物在哪个环节损失或被盗窃了，需要耗费许多人来清点和短途搬运货物。实现物联网管理后，电子标签自动引导装卸机械作业或传送带装卸作业，大幅度地提高了劳动生产率，降低了劳动强度。然后，能使配送环节与物流各要素融为一体。如果物流配送过程中应用了无线射频识别技术，它能缩短作业流程，增加物流中心吞吐量；同时操作透明化了，这大大改善了作业质量，任何物品出厂后，一直处于被跟踪的范围，流转中大大减少可能的遗漏和差错；它还降低了流转费用，实现无纸操作，极大提高了管理水平。据有关统计，应用无线射频识别技术，可减少库存10%~30%以上，降低损耗50%左右，提高存储率，销售收入增加2%~10%。物流配送更加顺畅合理，节约成本。最后，物联网技术应用实现了人物相联、物物相联，它能把电子商务提升到新阶段。4.物联网技术概述物联网又叫传感网，指的是将各种信息传感设备，如RFID射频识别装置，红外感应器，GPS全球定位系统，激光扫描器等各种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，从而给物体赋予智能，实现人与物体之间的互联，或者是物体与物体之4间的互联。物联网的概念是在1999年提出的。当时基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internetofthings”（简称物联网），这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。和传统的互联网相比，物联网具有鲜明的特征：首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。另外，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同的用户不同需求，发现新的应用领域和应用模式。支撑物联网的技术主要有以下四种，他们之间的关系如图Figure1所示：5Figure1物联网四大支撑业务群1.RFID射频技术：一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。2.传感网：借助于各种传感器，探测和集成包括温度、湿度、压力、速度等物质现象的网络。具有实时数据采集、监督监控和信息共享与存储管理等功能。传感网技术使得目前的网络技术的功能得到极大的拓展，使通过网络实时监控各种环境、设施及内部运行机理等成为可能。3.M2M：广义上M2M可代表机器对机器（MachinetoMachine）人对机器（MantoMachine）、机器对人（MachinetoMan）、移动网络对机器(MobiletoMachine)之间的连接与通信，它涵盖了所有实现在人、机器、系统之间建立通信连接的技术和手段。4.两化融合：两化融合是信息化和工业化的高层次的深度结合，是指以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，走新型工业化道路；两化融合的核心就是信息化支撑，追求可持续发展模式。65.RFID射频识别技术物联网是利用无所不在的网络技术建立起来的，其中最重要的技术就是RFID(RadioFrequencyIdentification)射频识别技术。RFID系统由三部分组成：标签(Tag)，即射频卡，由耦合元件及芯片组成，芯片中存储着由管识别对象的信息，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信；阅读器是用于读取或者写入标签信息的设备；天线用于在标签和读取器之间传递射频信号。RFID技术的基本工作原理并不复杂：阅读器会通过发射天线发送一定频率的射频信号，当标签(Tag)进入该信号场后，接受阅读器(又说解读器)发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量将标签(即射频卡)内存储的信息发送出去；然后，阅读器通过接受天线接受到从标签发送来的载波信号，并对接受的信号进行解调和解码后，送到后台中央信息主系统进行有关数据的处理；最后，主系统根据逻辑运算推断该卡的合法性，针对不同设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。如图Figure2。Figure2RFID基本工作原理和基本组成关于射频卡的技术标准，由于目前生产RFID产品的很多公司都采用自己的标准，所以国际上还没有统一的标准。目前可供射频卡使用的标准有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。应用最多的是ISO14443和ISO15693，这两个标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。76.RFID射频识别技术应用早在2001年，RFID技术就已经运用在铁路车号自动识别系统中，成为物联网目前在我国铁路运输领域运用最早的成熟典范。过去车号的抄录和汇总全靠口念、笔记、手抄的人工方式进行，错漏多、效率低，劳动强度大，由于漏抄车号造成了铁道部货车占用费的大量流失。此外，铁路用货车数量庞大，车辆分散于全国各地，铁道部每年都需要抽调大量人力、物力进行清查、盘点，耗时费力。在采用车号识别技术以后，铁路车辆管理系统实现了统计的实时化、自动化，降低了管理成本。该系统主要由车辆标签、地面AEI设备、车站CPS设备、列检复示系统、铁路局AEI检测中心设备、标签编程网络等部分组成。其工作流程是：先将车号信息及车辆的技术参数信息输入车辆标签内部存储器(装载在机车底部)；由地面的AEI设备实时准确地完成对列车车辆标签信息的采集，并将采集的信息进行处理，通过专线传输到车站CPS设备；CPS管理设备完成AEI采集数据的处理，并向列检复示系统转发数据，为车辆管理和设备维护提供可靠信息。在此期间，由铁路局AEI监控中心设备实时监测每台地面AEI的工作状态，协调、指挥AEI设备维护，确保AE